## METODE KALIBRASI RADAR TRANSPONDER ROKET
MENGGUNAKAN DATA GPS (CALIBRATION METHOD OF RADAR TRANSPONDER FOR ROCKET USING GPS DATA)
Wahyu Widada Peneliti Bidang Telemetri dan Muatan Roket, LAPAN e-mail: w_widada@yahoo.com

## ABSTRACT
This  paper  discusses  the  method  of  calibration  of  radar  transponders  for  the rocket launch applications using GPS data. Calibration is performed by measuring the distance  of  two  positions  with  GPS  data  and  used  as  a  reference  for  the  calibration range  radar  transponder.  Transponder  is  placed  on  the  measured  position  and  the radar  transceiver  is  placed  in  a  position  of  radar  base  station.  The  obtained  results shows that the calibration method is very easy to do, reference to a longer distance can improve the accuracy result of the calibration. We obtained a calibration factor value for the radar system used in the experiment is 0.9275..
Keywords: Radar transponder, GPS, Google-earth, Calibration method

## ABSTRAK
Tulisan  ini  membahas  metode  kalibrasi  radar  transponder  untuk  aplikasi peluncuran  roket  dengan  menggunakan  data  GPS.  Kalibrasi  dilakukan  dengan mengukur  dua  jarak  posisi  dengan  data  GPS  dan  digunakan  sebagai  referensi  jarak kalibrasi pada radar transponder . Transponder diletakkan pada posisi yang diukur dan transceiver radar  diletakkan  pada  posisi  stasiun  pengamatan.  Hasil  yang  diperoleh menunjukkan  metode  kalibrasi  ini  sangat  mudah  dilakukan,  semakin  jauh  jarak kalibrasi  maka  hasil  kalibrasi  yang  diperoleh    menjadi  semakin  akurat.  Nilai  faktor kalibrasi  yang diperoleh untuk sistem yang digunakan pada percobaan adalah 0.9275.
Kata kunci: Radar transponder, GPS, Google earth, Metode kalibrasi

## 1  PENDAHULUAN
Radar transponder dikembangkan untuk  pelacak  posisi  peluncuran  roket secara realtime .  Radar  ini  mempunyai keunggulan  dapat  mengukur  ketinggian roket  hingga  ratusan  kilometer,  sejauh sinyal radio merambat. Selain hal tersebut, sistem  ini  tidak  mengunakan  sensor Global Positioning System (GPS), sehingga tidak  memerlukan  antena  dan  alat penerima  GPS.  Sistem  radar  ini  perlu dikalibrasi  untuk  memastikan  fungsi dan  koreksi  parameter  yang  digunakan. Kalibrasi radar primer dengan data GPS ini  telah  dilakukan  oleh  Chin.L  dan James V et al. (Chin, L., 1985; James V. Melody  and  Peter  Kramarenko,  1993),
sedangkan  kalibrasi  radar  transponder untuk  roket  belum  dilakukan  dengan menggunakan  data  GPS.  Oleh  karena itu  metode  kalibrasi  radar transponder dengan  menggunakan  data  GPS  ini perlu dilakukan. Prinsip yang dilakukan adalah  membandingkan  jarak  yang diukur  dari  data  GPS  dan  jarak  ukur dari  radar transponder ,  dari kedua data tersebut  maka  akan  diperoleh  faktor kalibrasi  untuk  koreksi  parameter seluruh  sistem.  Jarak  antara  dua  titik secara  cepat  dapat  dilihat  dan  dihitung dengan  bantuan software  google-earth (http://earth.google.com). Software ini sangat  membantu  dalam  penentuan posisi  dan  jarak  yang  digunakan  pada
metode  ini.  Selain  metode  ini,  telah dikembangkan  metode  kalibrasi  radar transponder oleh  Widada  dkk,  dengan menggunakan  kabel  yang  berukuran panjang  sebagai  referensi.  Metode  ini untuk  melakukan  kalibrasi  lebih  teliti pada  sistem  resolusi  tinggi,  sedangkan sistem  untuk  pengukuran  jarak  yang jauh, maka perlu dikembangkan metode lain (Wahyu Widada dkk, 2008).
Tulisan  ini  membahas  metode kalibrasi pengukuran jarak radar transponder dengan  menggunakan  data GPS sebagai pembanding untuk menen- tukan  faktor  koreksi  parameter  sistem. Jarak  referensi  ditentukan  dengan  data GPS  pada  dua  tempat  dan  kemudian melakukan  perbandingan  dengan  data yang  diperoleh  dari  radar transponder dengan  parameter  standar.  Faktor kalibrasi  ini  akan  semakin  akurat  jika jarak  kalibrasi  semakin  jauh.  Faktor kalibrasi  yang  diperoleh  adalah  nilai kalibrasi  keseluruhan  dari  sistem  radar transponder yang  terdiri  dari; delay instrumen dan kabel, kecepatan sampling data ,  rambatan  gelombang  di  udara (bervariasi tergantung parameter cuaca), sehingga pamater yang diperoleh langsung  dapat  digunakan  pada  setiap pengukuran.

## 2  METODE KALIBRASI
Kalibrasi  ini  ditujukan  untuk menentukan  faktor  koreksi  jarak  yang diperoleh  dari  keseluruhan  sistem. Sampling jarak    ini  sangat  ditentukan oleh  kecepatan sampling  data dan kecepatan  rambat  gelombang  di  udara. Kedua  data  tersebut  digunakan  untuk mengukur  jarak.  Secara  umum,  metode kalibrasi  ini  dilakukan  dengan  cara membandingkan  dua  buah  jarak  yang diukur  dari  dua  alat  yang  berbeda. Salah satu alat ukur yaitu GPS dianggap akurat  untuk  pengukuran  jarak  hingga 20  meter  kesalahan.  Sedangkan  alat ukur  jarak  dengan  menggunakan  radar transponder ,  secara  umum  dari  hasil yang telah dikembangkan, masih dalam
jarak  resolusi  100-an  meter.  Jika  dua buah titik diukur dengan data GPS (data sudut Latitude (Lat) dan Longitude (Lon), maka  jarak  kedua  titik  tersebut  dapat dihitung dengan tiga persamaan berikut ini:
(2-1)
(2-2)
(2-3)
disini L adalah  jari-jari  bumi  sebesar 6371 km.
Sistem  radar transponder terdiri dari  radio transceiver yang  berfungsi untuk mengirim signal beacon dan radio transponder untuk  menerima  dan memancarkan  kembali  (Gambar  2-1). Radar  sinyal  prosesor  digunakan  untuk mengukur  waktu  tunda  antara  sinyal yang  dikirim  dan  sinyal  yang  diterima yang  disebabkan  oleh  jarak  perjalanan gelombang radio di udara. Secara umum waktu  tunda  yang  timbul  pada  signal tersebut  disebabkan  oleh  waktu  tunda pada hardware Δ T 1 dan  pada  saat  di udara Δ T 2 . Total waktu tunda Δ T T sinyal dapat ditulis dengan persamaan berikut.
(2-4)
Disini  total  waktu  tunda  dapat dihitung  dari  sistem  radar transponder itu  sendiri,  sedangkan  waktu  tunda  di udara  dihitung  dari  referensi  data  GPS. Oleh  karena  itu,  waktu  tunda  sistem hardware radar  dapat  dihitung  atau dikalibrasi.  Jika  waktu  tunda hardware sudah  dapat  ditentukan,  maka  waktu tunda  di  udara  atau  Δ T 2 oleh  sistem radar transponder secara  mandiri  dapat dihitung.  Waktu  tunda hardware ini nilainya  konstan  untuk  sistem  dengan komponen hardware yang  sama.  Jika radio transponder yang  digunakan berbeda,  maka  nilai  waktu  tunda ini juga akan berbeda pula. Oleh karena itu kalibrasi  sistem  radar transponder ini mutlak  harus  dilakukan.  Jarak  antara transponder dengan base-station dapat dihitung dengan persamaan berikut ini.
(2-5)
Gambar 2-1: Sistem  radar transponder terdiri  dari transponder ,  antena,  sinyal  prosesor,  dan radar transceiver
Nilai  kalibrasi  untuk  masing- masing radio transponder akan berbeda, walaupun  menggunakan  jenis  dan  tipe radio yang sama persis. Faktor kalibrasi K dalam metode ini dapat ditulis dengan persamaan berikut.
(2-6)
Disini R GPS adalah  jarak  dihitung dari  data  GPS  dan R RADAR adalah  jarak yang  dihitung  dari  data  radar.  Hasil perbandingan tersebut merupakan faktor  koreksi  parameter  dari  seluruh sistem pada radar transponder .
3  HASIL KALIBRASI RADAR TRANS- PONDER
Kalibrasi dilakukan dengan mengukur jarak dua tempat yang cukup jauh,  kira-kira  2  km  jaraknya.  Data posisi  dihitung  dan  dicatat  dengan menggunakan data GPS yang kemudian dapat  dimasukkan  pada software per-
hitungan  jarak.  Untuk  lebih  cepat, dengan  menggunakan software  google- earth data GPS dapat diambil yang telah ada  pada  data  peta.  Tetapi  untuk  lebih akurat,  perlu  dihitung  secara  langsung dari alat GPS. Perangkat lunak tersebut hanya digunakan untuk melihat referensi posisi.  Data posisi  kedua  jarak  tersebut dapat  dilihat  pada  Tabel  3-1.  Kedua posisi  tersebut  berada  dilokasi  dalam kota Bogor.
Data  jarak  yang  diperoleh  dari GPS  ini  digunakan  sebagai  referensi untuk  menentukan parameter  sampling data , sedangkan jarak dari sistem radar dilakukan  dengan  perhitungan  pada persamaan (2-1) hingga persamaan (2-5).
Dengan  menggunakan software google-earth seperti terlihat pada Gambar  3-2  dan  dengan  perhitungan dari  persamaan  (1)  hingga  persamaan (3), maka jarak antara dua titik tersebut adalah 1.92 km.
RADAR Transceiver Tower  Antenna > 15 m Transponder ROKET R =  TC/2
Tabel 3-1: DATA POSISI DUA TEMPAT DENGAN GPS No Paremeter Nilai 1 Posisi transponder 6°33'19.66"S, 106°46'59.77"T 2 Posisi transceiver 6°34'19.21"S, 106°47'16.26"T 3 Jarak dua posisi 1920 [m]
Gambar 3-2: Peta lokasi dua titik dengan jarak 1.92 km dengan Google-earth
Gambar 3-3: Signal radar transponder ,  garis  tanpa  putus  adalah signal yang  dikirim  dan  garis putus-putus adalah signal yang diterima kembali dari transponder
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Sampling Data Si g n a l Be a c o n Ra d a r
Kalibrasi radar transponder adalah untuk  mengkoreksi  waktu  tunda  tiba antara signal yang  dikirim  pada  jarak nol meter dengan waktu tiba signal yang sampai  ke transponder roket  hingga kembali lagi, serta mengkoreksi kecepatan gelombang  di  udara.  Sinyal  dirata-rata hingga  sepuluh  kali  pengukuran.  Dari hasil pengukuran waktu tunda tersebut, maka  akan  dapat  diukur  jarak  ber- dasarkan  persamaan  di  atas  dengan parameter  seperti  pada  Tabel  3-2. Asumsi  kecepatan sampling  data dari sistem  ini  adalah  5  mega sampling tiap detik  dan  kecepatan  gelombang  radio C merambat diudara adalah 3x10 8 m/detik.
Dari data tersebut, jarak yang diperoleh berdasarkan parameter  yang  digunakan adalah 2070 meter (waktu tunda adalah 0.138 micro detik). Dibandingkan dengan jarak  dari  data  GPS,  maka  ada  sedikit perbedaan. Dengan menggunakan faktor kalibrasi  seperti  pada  persamaan  (2-6) diatas,  maka  diperoleh  faktor  kalibrasi sebesar K = 0.9275, dan kemudian hasil ini  digunakan  sebagai  faktor  koreksi pada sistem ini pada setiap pengukuran.
Hasil  kalibrasi  nilai K ini  akan konstan bernilai untuk sistem transceiver
radar transponder dengan  alat  yang sama. Akan tetapi nilai delay instrumen akan  menjadi  berbeda-beda  untuk masing-masing  radio transponder yang akan digunakan pada muatan roket. Hal ini  disebabkan  oleh  perbedaan  karak- teristik delay waktu  pada  komponen yang  digunakan  pada  masing-masing radio  (jenis  kabel  dan  IC).  Walaupun menggunakan  tipe  komponen  IC  yang sama, tetapi karakteristik masing-masing komponen tidak ada yang berbeda. Oleh karena  itu  kalibrasi  penentuan delay instrumen  ini  harus  selalu  dilakukan untuk radio transponder yang berbeda. Untuk melakukan kalibrasi, maka diperlukan software interface yang dapat  mengkontrol hardware secara keseluruhan (radio pemancar/penerima, beacon  generator ,  dan  data  akuisisi). Gambar  3-4  adalah software yang digunakan  untuk  mengkontrol  radio transceiver ,  akusisi signal  beacon ,  dan untuk  penentuan  kalibrasi. Software tersebut  berbasis  bahasa  Visual  Basic, sehingga mudah dioperasikan dan dapat dikembangkan lebih lanjut.
Tabel 3-2: Parameter standar sistem radar transponder
No. Paremeter Nilai 1 Sampling data 5 MSPS (5 juta data tiap detik) 2 Speed Gelombang Radio 300.000.000 [m/detik] 3 Nilai delay waktu/waktu tunda  0.138 [us] 4 Jarak sebelum kalibrasi 2070 [meter]
Gambar 3-4: Software kalibrasi dan pemrosesan signal beacon radar

## 4  KESIMPULAN
Telah dikembangkan metode kalibrasi  radar transponder roket  dengan menggunakan data GPS sebagai referensi jarak. Hasil perhitungan faktor kalibrasi pada sistem yang sedang dikembangkan adalah  0.9275  dengan  referensi  jarak 1.92  km.  Kalibrasi  untuk  masing- masing transponder harus  dilakukan, hal  ini  disebabkan  oleh  parameter komponen  radio  yang  mempunyai karakteristik yang berbeda-beda. Secara umum  langkah  atau  algoritma  pada metode  kalibrasi  ini  adalah  sebagai berikut:
- Menentukan  dua  titik  posisi  dengan jarak  tertentu  (lebih  jauh  dan  dengan kondisi line-of-sight lebih baik).
- Menghitung  jarak  dua  titik  dengan data GPS.
- Menghitung jarak dua titik dari waktu tunda  rambatan  gelombang  radio menggunakan radar transponder dengan nilai  parameter  standar  (kecepatan
sampling  data  dari  perangkat  keras dan kecepatan gelombang radio diudara).
- Menghitung  faktor  kalibrasi  dengan membandingkan jarak ke dua alat.
- Menggunakan  faktor  kalibrasi  untuk sistem radar transponder .

## DAFTAR RUJUKAN
Chin,  L.,  1985. A  Feasibility  Study  of using  GPS  to  Calibrate  an Instrumentation  radar ,  Navigation (ISSN 0028-1522), vol. 32, Spring 1985, p. 57-67. http://earth.google.com.
James V. Melody and Peter Kramarenko, 1993. The  Use  of  GPS  in  Radar Calibration , Proceedings of the 6th International Technical Meeting of the  Satellite  Division  of  The Institute  of  Navigation  (ION  GPS 1993) September 22 - 24, 1993. Wahyu  Widada  dkk,  2008. Metode Kalibrasi  TDOA  Untuk  Sistem Passive  RADAR  Trayektori  Roket , Jurnal. Teknologi Dirgantara.